金属凝固、结晶与相图介绍ppt课件.ppt

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1、第二章材料的制备与相图Chapter2MaterialsPreparationandPhaseDiagram2.1材料的制备过程2.2二元相图的基本类型2.3典型二元相图的应用——Fe-C相图分析2.4凝固与结晶理论的应用2.5材料的非晶态★本章学习要求1.明确金属结晶的充分、必要条件，结晶的一般规律以及影响金属结晶后晶粒大小的途径与方法；2.熟悉匀晶、共晶（包括共析）这两类基本形式的二元合金相图（其中包括相图分析，典型合金的平衡结晶过程分析，杠杆定律的应用，以及利用与区分相组分和组织组分这两种填写相图的方法等）；3.熟练地

2、掌握铁碳合金相图(包括默画铁碳合金相图、掌握α、Ｆｅ3Ｃ、γ等基本相，熟知相图中重要点、线的含义,能以冷却曲线及语言文字分析典型合金尤其是钢的平衡结晶过程，正确利用杠杆定律计算室温下钢的相组分、组织组分的相对百分含量以及掌握铁碳合金的成分一组织一性能之间关系)。★本章学习重点物质由液态转变为固态过程称为凝固，物质由液态转变为固态晶体的过程称作结晶，而相图则是研究材料的成分、组织结构与性能之间相互关系和变化规律的有力工具。本章在确定工程材料结晶的一般规律，剖析金属结晶的充分、必要条件、结晶规律及控制结晶后晶粒大小的途径、方法，介绍匀

3、晶、共晶型两类基本形式相图分析方法的基础上，重点讨论了铁碳合金相图。铁碳合金相图是本课程的第一个重点章节，因为铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重要理论基础与有力工具。此外，金属结晶的条件、结晶的一般规律及控制结晶后晶粒大小的途径与方法等亦应十分明确。2.1材料的制备过程2.1.1凝固与结晶的条件2.1.2金属材料的制备1.金属的冶炼2.纯金属的结晶规律2.1.1凝固与结晶的条件1.凝固与结晶的概念2.凝固与结晶的条件主要取决于熔融液体的粘度和冷却速度。（1）内因——粘度是材料内部结合键性质和

4、结构情况的宏观表征，其大小表示了液体中发生相对运动的难易程度。（2）外部因素——冷却速度。冷速越大，则在单位时间内逸散的热量越多，熔体温度降得越低，这直接关系其中原子或分子的扩散能力。冷速〉107oC/s，可抑制金属熔体重原子扩散，制得非晶合金。2.1材料的制备过程2.1.2金属材料的制备1.金属的冶炼金属材料制备过程：热轧→型材→加工→零件铸锭→热锻→机加工→零件冶炼→铸造→铸件→机加工→零件2.1材料的制备过程1.金属的冶炼(1)金属冶炼方法：火法冶炼、湿法冶炼、电冶炼。火法冶炼：高温下进行，钢铁、有色金属。分：熔炼、吹炼、精

5、炼。湿法冶炼：接近于常温进行，在溶液中进行。电冶炼：电热熔炼、电解。2.1材料的制备过程(2)炼钢方法：转炉炼钢法：钢水吹氧，周期30~40min，成本低电弧炉炼钢法：废钢，合金钢和高质量钢种。平炉炼钢法：以煤气为燃料(3)钢液浇注方法：模铸法、连续铸钢法。（4）钢的炉外精炼方法：真空精炼法、惰性气体稀释法、喷粉精炼法2纯金属的结晶规律（1）.充分条件：液态物质结构特点（结构起伏）2纯金属的结晶规律(2).必要条件：过冷与过冷度（ΔT）不同冷速下的冷却曲线示意图（图2-3）自由能与温度的关系曲线（图2-4）2纯金属的结晶规律(3)

6、.结晶的普遍规律——形成晶核与晶核不断长大的连续过程单晶体与多晶体示意图（图2-6）3.纯质材料结晶的普遍规律（1）形核的方式①自发形核②非自发形核（2）晶核长大的方式①平面方式长大②树枝晶方式长大3.纯质材料结晶的普遍规律（1）形核规律（以自发形核为主）非自发形核示意图（2）晶核长大规律①　平面方式长大（2）晶核长大规律②以树枝晶方式长大为主金属锑锭的组织示意图预习准备“2.3铁碳合金相图分析”内容的课堂讨论参见“学习指导”P16~17中的课堂讨论（铁碳合金相图）提纲进行充分准备。2.2二元相图的基本类型2.2.1相图的建立相图

7、的定义：相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和相对重量不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。2.2二元相图的基本类型2.2.1相图的建立1.相图的表示方法•纯质材料•二元合金2.相图的建立•原理•步骤TP273.16K气相液相固相临界点609Pa水的相图水的三相点：2.2.1相图的建立几种不同配比的铜镍合金用热分析法建立Cu-Ni相图

8、（a）冷却曲线（b）测定的相图2.2.2匀晶相图（学习的基础）1.相图分析•特性点•特性线•基本相•相区2.典型合金的平衡结晶过程分析1).文字说明2).冷却曲线描述3.固溶体合金结晶规律4.杠杆定律及其应用1)推导2)主要内容3)适用条件5.不平